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1、Chap.6 矿物形成作用、矿物矿物形成作用、矿物共生组合与共生分析共生组合与共生分析一个一个特定的矿物共生组合特定的矿物共生组合是由体系中的是由体系中的组分组分及及物理化学条件物理化学条件两方面因素所决定的。两方面因素所决定的。矿物矿物共生组合共生组合是反映是反映形成条件形成条件的的重要标志重要标志，是成因矿物学研究的一个方面。是成因矿物学研究的一个方面。例如：例如：硅线石硅线石堇青石堇青石黑云母石英斜长石黑云母石英斜长石钾长石钾长石硅线石硅线石：为富铝矿物，反映原岩为泥质岩；：为富铝矿物，反映原岩为泥质岩；堇青石堇青石：反映压力偏低：反映压力偏低钾长石钾长石：反映变质温度较高：反映变质温度
2、较高6.1 岩浆成因矿物共生组合岩浆成因矿物共生组合岩浆作用的各个阶段具有不同特点的矿岩浆作用的各个阶段具有不同特点的矿物共生组合；物共生组合；各个阶段不能截然分开，致使各阶段形各个阶段不能截然分开，致使各阶段形成的成的不同类型矿物共生组合不同类型矿物共生组合之间在之间在空间空间和和时间时间上具有上具有连续性连续性，即，即不同阶段不同阶段的矿的矿物共生组合可以物共生组合可以伴生伴生在一起，从而为矿在一起，从而为矿物共生组合的研究带来了复杂性和困难。物共生组合的研究带来了复杂性和困难。6.1.1深成岩浆岩和岩浆矿物深成岩浆岩和岩浆矿物的矿物共生组合的矿物共生组合条件：条件：高温、高压高温、高压结
3、晶分异结晶分异作用是造成岩浆岩矿物成分作用是造成岩浆岩矿物成分不同的重要原因。不同的重要原因。液态分离液态分离（熔离）（熔离）是是形成岩浆矿床形成岩浆矿床的重要因素，使的重要因素，使Cu Ni等硫化物在液态情态下与硅酸盐分等硫化物在液态情态下与硅酸盐分开。开。岩浆岩及岩浆矿床矿物共生组合特点：岩浆岩及岩浆矿床矿物共生组合特点：1）岩浆岩的主要矿物）岩浆岩的主要矿物大部分是硅酸盐矿大部分是硅酸盐矿物物，一部分是氧化物，副矿物以硅酸盐、，一部分是氧化物，副矿物以硅酸盐、氧化物为主，极少量硫化物和自然元素氧化物为主，极少量硫化物和自然元素矿物。矿物。2）岩浆矿床的）岩浆矿床的矿石矿物矿石矿物几乎几乎
4、与相关岩浆与相关岩浆岩的副矿物完全相同岩的副矿物完全相同。如：超基性岩中的铬铁矿与岩体中的铬如：超基性岩中的铬铁矿与岩体中的铬铁矿相对应；钒钛磁铁矿、钛铁矿矿床铁矿相对应；钒钛磁铁矿、钛铁矿矿床与所在岩体中的副矿物磁铁矿、钛铁矿与所在岩体中的副矿物磁铁矿、钛铁矿相对应。相对应。从超基性岩至酸性岩，硅酸盐从岩浆中从超基性岩至酸性岩，硅酸盐从岩浆中晶出的顺序为：晶出的顺序为：岛状硅酸盐链状硅酸盐层状硅酸盐岛状硅酸盐链状硅酸盐层状硅酸盐6.2 伟晶岩与伟晶矿床的矿物伟晶岩与伟晶矿床的矿物共生组合共生组合6.2.1化学成分特点化学成分特点富集碱金属、部分碱土金属、稀有和富集碱金属、部分碱土金属、稀有和
5、稀土元素、稀土元素、B、C、O、F、P、S、Cl等。等。挥发份多、稀有和稀土元素多；主要挥发份多、稀有和稀土元素多；主要造岩元素造岩元素Si K Na在花岗伟晶岩中也在花岗伟晶岩中也较花岗岩富集。较花岗岩富集。6.2.2 矿物成分特点矿物成分特点花岗伟晶岩中约有花岗伟晶岩中约有800多种矿物，其中硅多种矿物，其中硅酸盐（以层状和架状硅酸盐为主，少量岛酸盐（以层状和架状硅酸盐为主，少量岛状和链状）与氧化物占大多数，其次为磷状和链状）与氧化物占大多数，其次为磷酸盐和稀有稀土元素矿物。酸盐和稀有稀土元素矿物。花岗伟晶岩：花岗伟晶岩：主要是微斜条纹长石、钠长石或更长石、主要是微斜条纹长石、钠长石或更长
6、石、石英，其次是云母和电气石。石英，其次是云母和电气石。正长伟晶岩正长伟晶岩：几乎全部由碱性长石（条纹长：几乎全部由碱性长石（条纹长石）组成，有时也出现酸性斜长石和黑云母、石）组成，有时也出现酸性斜长石和黑云母、角闪石。角闪石。霞石正长伟晶岩霞石正长伟晶岩：由霞石、碱性长石组成，：由霞石、碱性长石组成，含少量方钠石、黑云母及稀土元素矿物。副含少量方钠石、黑云母及稀土元素矿物。副矿物有：钛铁矿、磷灰石、锆石等。矿物有：钛铁矿、磷灰石、锆石等。辉长伟晶岩辉长伟晶岩：钠质钠质：暗色矿物以：暗色矿物以霓辉石霓辉石为主，长石以钠为主，长石以钠长石、更长石为主，不含石英。晶洞内有绿长石、更长石为主，不含石
7、英。晶洞内有绿帘石、榍石、钠长石、更长石、铬石榴石。帘石、榍石、钠长石、更长石、铬石榴石。钾质钾质：暗色矿物以：暗色矿物以黑云母黑云母为主，为主，霓辉石次要；浅色矿物以微斜长霓辉石次要；浅色矿物以微斜长石为主，含石英与正长石，二者石为主，含石英与正长石，二者组成文象结构。晶洞内有：电气组成文象结构。晶洞内有：电气石、沸石、石英、正长石。石、沸石、石英、正长石。6.2.3 形态、物性特点形态、物性特点1、矿物颗粒粗大、全晶质，具有文、矿物颗粒粗大、全晶质，具有文象结构及对称或不对称的带状构造象结构及对称或不对称的带状构造和晶洞构造。和晶洞构造。2、常呈脉状、透镜体状及不规则状。、常呈脉状、透镜体
8、状及不规则状。6.3 热液作用与热液矿床的矿热液作用与热液矿床的矿物组合物组合热液作用具有热液作用具有多阶段性多阶段性，同种矿物，同种矿物具有具有不同的世代不同的世代。参加热液作用的主要是亲铜元素，参加热液作用的主要是亲铜元素，形成硫化物和部分硫盐；还有一部形成硫化物和部分硫盐；还有一部分亲铁元素，形成硫化物、氧化物分亲铁元素，形成硫化物、氧化物和含氧盐；一部分亲石元素（和含氧盐；一部分亲石元素（Si Ca Ba Mg）形成氧化物及含氧盐。）形成氧化物及含氧盐。热液矿床的矿物按其生成时的温度，热液矿床的矿物按其生成时的温度，分为三组：分为三组：高温：高温：375300中温：中温：300200低
9、温：低温：200506.3.1 高温热液矿床的矿物共生组合：高温热液矿床的矿物共生组合：1）矿石矿物矿石矿物：金属矿物：主要有黑钨矿、锡石、辉钼矿、金属矿物：主要有黑钨矿、锡石、辉钼矿、辉铋矿、毒砂等；其次是镜铁矿、磁铁矿等。辉铋矿、毒砂等；其次是镜铁矿、磁铁矿等。可出现黄铁矿、白钨矿及自然金等，但是它可出现黄铁矿、白钨矿及自然金等，但是它们并非高温热液作用所特有，也可以在中温们并非高温热液作用所特有，也可以在中温热液，甚至是低温热液作用中出现。热液，甚至是低温热液作用中出现。非金属矿物：绿柱石、黄玉、电气石、磷灰非金属矿物：绿柱石、黄玉、电气石、磷灰石、金云母石、金云母脉石矿物：石英、长石、
10、白云母、脉石矿物：石英、长石、白云母、锂云母、石榴石、萤石等锂云母、石榴石、萤石等围岩蚀变：硅化、大理岩化、硅灰围岩蚀变：硅化、大理岩化、硅灰石化、蛇纹石化。石化、蛇纹石化。特点：气成矿物和高温矿物较多。特点：气成矿物和高温矿物较多。6.3.2中温热液矿床矿物共生中温热液矿床矿物共生组合组合1）矿石矿物：）矿石矿物：金属矿物：主要黄铜矿、方铅矿、金属矿物：主要黄铜矿、方铅矿、闪锌矿；其次有斑铜矿、黝铜矿、闪锌矿；其次有斑铜矿、黝铜矿、沥青铀矿等。有时也出现黝锡矿、沥青铀矿等。有时也出现黝锡矿、辉砷钴矿、赤铁矿、黄铁矿、菱铁辉砷钴矿、赤铁矿、黄铁矿、菱铁矿、自然金、自然银等非中温热液矿、自然金、
11、自然银等非中温热液矿床所专有的矿物。矿床所专有的矿物。非金属矿物：蛇纹石石棉、滑石、菱镁矿、非金属矿物：蛇纹石石棉、滑石、菱镁矿、石英等。石英等。2）脉石矿物：石英、方解石、白云石、重）脉石矿物：石英、方解石、白云石、重晶石晶石3）围岩蚀变：中酸性火成岩及泥质沉积岩）围岩蚀变：中酸性火成岩及泥质沉积岩的绿泥石化、绢云母化、黄铁矿化及硅化；的绿泥石化、绢云母化、黄铁矿化及硅化；超基性火成岩的蛇纹石化、滑石化及菱镁矿超基性火成岩的蛇纹石化、滑石化及菱镁矿化。化。中温热液矿物组合的特点：以铜、铅、锌、中温热液矿物组合的特点：以铜、铅、锌、铀等典型矿物为主；金属矿物以硫化物为主，铀等典型矿物为主；金属
12、矿物以硫化物为主，脉石矿物以碳酸盐、硫酸盐为主。脉石矿物以碳酸盐、硫酸盐为主。6.3.3低温热液矿床矿物共生组合低温热液矿床矿物共生组合1）矿石矿物矿石矿物：主要为辰砂、辉锑矿、雄黄、：主要为辰砂、辉锑矿、雄黄、雌黄，明矾；其次为银的硫盐、自然铜、冰雌黄，明矾；其次为银的硫盐、自然铜、冰洲石（无色透明的方解石）等。洲石（无色透明的方解石）等。2）脉石矿物脉石矿物：石英、石髓、蛋白石、菱锰矿、：石英、石髓、蛋白石、菱锰矿、沸石等。沸石等。围岩蚀变：泥质岩或碳酸盐常有绢云母化、白围岩蚀变：泥质岩或碳酸盐常有绢云母化、白云石化；围岩为酸性喷出岩时，则有明矾石云石化；围岩为酸性喷出岩时，则有明矾石化和
13、高岭土化；化和高岭土化；特点：以特点：以Hg Sb AS等低温矿物为主；矿石等低温矿物为主；矿石矿物除硫化物外还有碳酸盐和硫酸盐矿物，矿物除硫化物外还有碳酸盐和硫酸盐矿物，矿物组合简单。矿物组合简单。6.4外力作用中的矿物共生组合外力作用中的矿物共生组合 风化作用风化作用外力作用：外力作用：沉积作用沉积作用6.4.1岩石风化壳和金属矿床氧化带岩石风化壳和金属矿床氧化带的矿物共生组合的矿物共生组合1、岩石风化壳的矿物共生组合、岩石风化壳的矿物共生组合矿物风化速度：矿物风化速度：岛状硅酸盐最易风化，链状、层状和架状硅酸岛状硅酸盐最易风化，链状、层状和架状硅酸盐依次较难风化；基性斜长石较易风化，酸性
14、盐依次较难风化；基性斜长石较易风化，酸性斜长石较难风化。斜长石较难风化。气候和母岩成分不同，岩石风化壳内的矿物常气候和母岩成分不同，岩石风化壳内的矿物常表现为不同的矿物组合。表现为不同的矿物组合。（1）高温条件下形成的风化壳）高温条件下形成的风化壳各种硅酸盐岩石在高温气候条件下，通常形成各种硅酸盐岩石在高温气候条件下，通常形成“红土风化壳红土风化壳”。主要组成矿物：铝土矿、褐。主要组成矿物：铝土矿、褐铁矿、粘土矿物（高岭石、多水高岭石）、氧铁矿、粘土矿物（高岭石、多水高岭石）、氧化硅矿物（蛋白石、石髓）、硬锰矿、水锰矿化硅矿物（蛋白石、石髓）、硬锰矿、水锰矿及风化残余矿物。及风化残余矿物。（2
15、）中低温条件下形成的风化壳）中低温条件下形成的风化壳超基性、基性岩超基性、基性岩的风化壳：的风化壳：Ca Mg菱镁矿、白云石、方解石、菱镁矿、白云石、方解石、文石文石 Fe含水氧化铁含水氧化铁Si含水氧化硅含水氧化硅Mn硬锰矿硬锰矿花岗岩和片麻岩花岗岩和片麻岩：岩石富含碱金属，在中温条件下，风化物中岩石富含碱金属，在中温条件下，风化物中的碱金属易于被地表水带走，因此水溶液变的碱金属易于被地表水带走，因此水溶液变为酸性（存在为酸性（存在H2CO3），酸性有利于高岭），酸性有利于高岭石的形成。石的形成。（3）干旱条件下形成的风化壳）干旱条件下形成的风化壳硅酸盐和铝硅酸盐矿物风化后析出碱金属和硅酸盐
16、和铝硅酸盐矿物风化后析出碱金属和碱土金属，形成氯化物、硫酸盐等可溶性盐碱土金属，形成氯化物、硫酸盐等可溶性盐类。如石盐、石膏、硬石膏、芒硝、无水芒类。如石盐、石膏、硬石膏、芒硝、无水芒硝；另外还有方解石、钾和钠的硝酸盐、硼硝；另外还有方解石、钾和钠的硝酸盐、硼砂。砂。Fe Mn Si赤铁矿、软锰矿、石髓、蛋白赤铁矿、软锰矿、石髓、蛋白石石2、金属矿床氧化物的矿物共生组合、金属矿床氧化物的矿物共生组合（1）铜矿床氧化带）铜矿床氧化带FeS2FeSO4Fe2(SO4)3Fe2(SO4)3+H2OFe(OH)3褐铁矿褐铁矿在干热的沙漠和半沙漠地区：形成水绿矾和黄在干热的沙漠和半沙漠地区：形成水绿矾和
17、黄钾铁矾钾铁矾Cu的硫化物的硫化物CuSO4溶液溶液在下渗过程中与围岩中的碳酸盐、硅酸盐矿物在下渗过程中与围岩中的碳酸盐、硅酸盐矿物反应：孔雀石、蓝铜矿、矽孔雀石（硅酸盐矿反应：孔雀石、蓝铜矿、矽孔雀石（硅酸盐矿物）物）.当当CuSO4溶液渗到地下水面以下，在氧气溶液渗到地下水面以下，在氧气不足的条件下与原生硫化物作用，被还原不足的条件下与原生硫化物作用，被还原成辉铜矿、铜蓝和斑铜矿等次生硫化物矿成辉铜矿、铜蓝和斑铜矿等次生硫化物矿物，集中在次生硫化物富集带。辉铜矿极物，集中在次生硫化物富集带。辉铜矿极易氧化，氧化后常生成赤铜矿，不完全氧易氧化，氧化后常生成赤铜矿，不完全氧化时生成自然铜。化时
18、生成自然铜。在干热的沙漠和半沙漠地区，在干热的沙漠和半沙漠地区，CuSO4溶溶液常生成铜的水化物（胆矾和水胆矾液常生成铜的水化物（胆矾和水胆矾Cu4SO4(OH)6）(2)铅锌矿床铅锌矿床方铅矿方铅矿铅矾（不溶于水）铅矾（不溶于水）如果围岩或矿体中含如果围岩或矿体中含P As V Mo Cr等元素，等元素，这些元素氧化后形成络阴离子这些元素氧化后形成络阴离子PO43-AsO43-VO33-MoO4CrO42-，这些络阴离子与，这些络阴离子与Pb2+结合形成含氧结合形成含氧盐矿物（磷酸铅矿、砷铅矿、钒铅矿、彩铅钼盐矿物（磷酸铅矿、砷铅矿、钒铅矿、彩铅钼矿、铬酸铅矿）矿、铬酸铅矿）闪锌矿闪锌矿Zn
19、SO4（极易溶于水）（极易溶于水）被地表被地表水带走或向地下渗透水带走或向地下渗透石灰岩石灰岩异极矿异极矿6.4.2 沉积岩和沉积矿床的矿沉积岩和沉积矿床的矿物共生组合物共生组合1、机械沉积、机械沉积砂岩：最常见的是石英、长石；有时也砂岩：最常见的是石英、长石；有时也含黑云母、石榴子石等。副矿物有磁铁含黑云母、石榴子石等。副矿物有磁铁矿、锆石、磷灰石、电气石、榍石等。矿、锆石、磷灰石、电气石、榍石等。砂岩中碎屑之间的胶结物有碳酸盐矿物砂岩中碎屑之间的胶结物有碳酸盐矿物（以方解石为主，其次为白云石）、粘（以方解石为主，其次为白云石）、粘土矿物、硅质（石英、石髓、蛋白石）、土矿物、硅质（石英、石髓
20、、蛋白石）、硫酸盐矿物（硬石膏、石膏、重晶石）。硫酸盐矿物（硬石膏、石膏、重晶石）。2、化学沉积、化学沉积火成岩和变质的造岩硅酸盐矿物分解后，其火成岩和变质的造岩硅酸盐矿物分解后，其化学成分中的化学成分中的Al Si Fe Mn P Ca Na K Mg等主要化学元素在迁移过程中发生分离，等主要化学元素在迁移过程中发生分离，并在水体底部的不同地点分别沉积。并在水体底部的不同地点分别沉积。Al主要呈水云母、高岭石和胶岭石三种主要呈水云母、高岭石和胶岭石三种粘土矿物沉积，经成岩作用而成页岩。海相粘土矿物沉积，经成岩作用而成页岩。海相页岩以水云母为主，陆相页岩以高岭石为主。页岩以水云母为主，陆相页岩
21、以高岭石为主。杂质中常见的碎屑有石英、云母、有机质残杂质中常见的碎屑有石英、云母、有机质残骸、蛋白石等。骸、蛋白石等。Si蛋白石、石髓和部分石英蛋白石、石髓和部分石英Fe Mn P它们在海洋水体中常常一起沉积，它们在海洋水体中常常一起沉积，在砂、粉砂到粘土质沉积带中均有分布，而在砂在砂、粉砂到粘土质沉积带中均有分布，而在砂质和粉砂质沉积带中富集成为矿石。质和粉砂质沉积带中富集成为矿石。Fe在泻湖或海盆的海岸地带在泻湖或海盆的海岸地带:主要矿物为赤铁矿、主要矿物为赤铁矿、褐铁矿、针铁矿。褐铁矿、针铁矿。深水相的铁质沉积物：鮞状的富二价铁的绿泥石深水相的铁质沉积物：鮞状的富二价铁的绿泥石铁，菱铁矿
22、。铁，菱铁矿。Mn 近岸区：四价锰的氧化物和氢氧化物近岸区：四价锰的氧化物和氢氧化物软锰软锰矿和硬锰矿组成，并有蛋白石和粘土与之伴生。矿和硬锰矿组成，并有蛋白石和粘土与之伴生。氧气不足深水地带：以水锰矿为主，部分氧气不足深水地带：以水锰矿为主，部分Mn为二为二价，常与海绿石伴生。价，常与海绿石伴生。P磷灰石矿床常分布在深水地带的碳酸磷灰石矿床常分布在深水地带的碳酸盐岩石和海绿石砂岩中。盐岩石和海绿石砂岩中。Ca Mg 方解石和白云石，形成石灰方解石和白云石，形成石灰岩和白云岩。岩和白云岩。盐类沉积物：盐类沉积物：在干热气候气候条件下，形成盐类矿物在干热气候气候条件下，形成盐类矿物的结晶沉淀。主
23、要以氯化物（主要为石的结晶沉淀。主要以氯化物（主要为石盐）和硫酸盐（石膏、硬石膏）为主，盐）和硫酸盐（石膏、硬石膏）为主，此外还有芒硝、无水芒硝、白钠镁矾、此外还有芒硝、无水芒硝、白钠镁矾、泻利盐、硫酸镁石等。泻利盐、硫酸镁石等。6.5变质作用中的矿物共生组合变质作用中的矿物共生组合相相系系变质变质岩类岩类型型低绿片岩低绿片岩相相高绿片高绿片岩相岩相低角闪低角闪岩相岩相高角闪岩高角闪岩相相麻粒岩相麻粒岩相低低压压相相系系变质变质泥质泥质岩岩红柱石、红柱石、黑云母、黑云母、锰铁铝榴锰铁铝榴石、绿泥石、绿泥石石红柱石、红柱石、锰铁铝锰铁铝榴石榴石红柱石、红柱石、锰铁铝锰铁铝榴石、榴石、堇青石堇青石
24、矽线石、矽线石、堇青石、堇青石、锰铁铝榴锰铁铝榴石石矽线石、斜矽线石、斜方辉石、堇方辉石、堇青石、锰铁青石、锰铁铝榴石铝榴石变质变质基性基性岩岩阳起石、阳起石、黑云母、黑云母、绿帘石、绿帘石、白云母、白云母、绿泥石绿泥石普通角普通角闪石、闪石、黑云母黑云母普通角普通角闪石、闪石、透辉石、透辉石、黑云母黑云母普通角闪普通角闪石、黑云石、黑云母、镁铁母、镁铁闪石、透闪石、透辉石辉石斜方辉石、斜方辉石、硅灰石、单硅灰石、单斜辉石、镁斜辉石、镁橄榄石、斜橄榄石、斜长石长石低绿片岩相高绿片岩相低角闪岩相高角闪岩相麻粒岩相中压相系变泥质岩锰铝榴石、绿泥石、硬绿泥石、黑绿泥石硬绿泥石、铁铝榴石蓝晶石、十字石
25、矽线石、铁铝榴石矽线石、斜方辉石、铁镁铝榴石变质基性岩阳起石、多硅白云母、绿帘石、黑云母、黑硬绿泥石、绿泥石普通角闪石、黑云母、绿帘石、铁铝榴石普通角闪石、黑云母、透辉石、铁铝榴石普通角闪石、黑云母、透辉石、铁铝榴石斜方辉石、斜长石、单斜辉石、铁镁铝榴石低绿片岩相 高绿片岩相低角闪岩相高角闪岩相麻粒岩相低绿片岩相高高压压相相系系硬柱石、黑硬绿泥石、硬玉、石英、多硅白云母、文石、红帘石、硬绿泥石普通角闪石、绿帘石、铁铝帘石蓝晶石、十字石、铁铝榴石矽线石、铁铝榴石矽线石、铁铝榴石矽线石、斜方辉石、蓝晶石、铁镁铝榴石蓝闪石、绿纤石、青绿闪石、多硅白云母、阳起石、黑硬绿泥石、绿帘石普通角闪石、铁铝榴石
26、、黑云母、绿帘石、白云母、透辉石普通角闪石、白云母、单斜辉石、黑云母普通角闪石、白云母、单斜辉石、黑云母普通角闪石、单斜辉石、黑云母单斜辉石、石榴石、斜方辉石6.6 矿物共生分析矿物共生分析6.6.1 矿物共生分析的理论基础矿物共生分析的理论基础理论基础：相平衡和相律理论基础：相平衡和相律相：在相平衡体系中，具有相同成分及相：在相平衡体系中，具有相同成分及相同物理、化学性质的均匀物质部分部相同物理、化学性质的均匀物质部分部分称为相。分称为相。在矿物学中认为相平衡体系内任何不同在矿物学中认为相平衡体系内任何不同的固相均为独立矿物。的固相均为独立矿物。相平衡体系内的相数是由某些独立变量相平衡体系内
27、的相数是由某些独立变量（温度、压力、组分浓度等）所决定的。（温度、压力、组分浓度等）所决定的。当这些变量中的一个或几个，在一定范当这些变量中的一个或几个，在一定范围内能独立改变而不引起相数的改变，围内能独立改变而不引起相数的改变，则这些独立变量称为自由度。自由度的则这些独立变量称为自由度。自由度的数目称为自由度数，用数目称为自由度数，用f表示。表示。Gibbs相律：相律：f=C(独立组分数独立组分数)-p（相数）（相数）+2自由度数随体系中组分数的增加而增加，自由度数随体系中组分数的增加而增加，随相数的增加而减少。随相数的增加而减少。f=0时，体系中所有的变时，体系中所有的变量都为一定值，体系
28、是零量都为一定值，体系是零变量的，在相图上表示为变量的，在相图上表示为一个点，称为不变量点；一个点，称为不变量点；当当f=1时，体系中只有一时，体系中只有一个变量可以变化，体系是个变量可以变化，体系是单变量的，在相图上表示单变量的，在相图上表示为一条线，称为单变量平为一条线，称为单变量平衡线（如图中衡线（如图中OA、OB、OC）；）；当当f=2时，体系中两个变时，体系中两个变量都可以变化，体系是双量都可以变化，体系是双变量的，在相图中表示为变量的，在相图中表示为一个面，它处于两条单变一个面，它处于两条单变量平衡线之间的区域中，量平衡线之间的区域中，称为双变量平衡区。称为双变量平衡区。岩石和矿物
29、中矿物共生组合问题，是岩石岩石和矿物中矿物共生组合问题，是岩石和矿物中固相（即矿物）与固相之间的多和矿物中固相（即矿物）与固相之间的多相平衡问题。相平衡问题。因此，应用相律可以预测岩石和矿石中共因此，应用相律可以预测岩石和矿石中共生矿物的存在和矿物共生组合的变化。生矿物的存在和矿物共生组合的变化。1911年，年，Goldschmidt首先将相律应首先将相律应用于变质岩的矿物共生分析。用于变质岩的矿物共生分析。Goldschmidt矿物相律：矿物相律：f2将将f2代入代入f=C-p+2，得到，得到C p含义：当温度和压力可在一定范围内独含义：当温度和压力可在一定范围内独立改变的前提条件下，同时能
30、呈稳定平立改变的前提条件下，同时能呈稳定平衡状态共存的矿物最大数目衡状态共存的矿物最大数目(p)等于或等于或岩石中独立组分数（岩石中独立组分数（C）。）。如如SiO2Al2O3二元体系中，只可能二元体系中，只可能存在存在2种矿物的共生。虽然由种矿物的共生。虽然由SiO2、Al2O3组分构成的矿物有石英、红柱石、组分构成的矿物有石英、红柱石、蓝晶石、矽线石、刚玉等，但实际上蓝晶石、矽线石、刚玉等，但实际上只有石英（或刚玉）与只有石英（或刚玉）与Al2SiO5同质多同质多象变体之一的矿物共生，而从未发现象变体之一的矿物共生，而从未发现石英、刚玉与石英、刚玉与Al2SiO5同质多象变体之同质多象变体
31、之一的矿物三者的共生组合一的矿物三者的共生组合。Goldschmidt的矿物相律，虽然没有的矿物相律，虽然没有考虑组分浓度等因素，但考虑组分浓度等因素，但对研究封闭体对研究封闭体系的矿物共生组合具有意义系的矿物共生组合具有意义。岩浆结晶、形成角岩的热变质作用或轻岩浆结晶、形成角岩的热变质作用或轻微的区域变质作用可作为自然界封闭体微的区域变质作用可作为自然界封闭体系的例子。系的例子。当体系属于开放体系时，当体系属于开放体系时，Goldschmidt 矿物相律的应用就受矿物相律的应用就受到限制。到限制。柯尔仁斯基把组分分为柯尔仁斯基把组分分为活动组分和惰性组分活动组分和惰性组分。活动组分活动组分（
32、如（如H2O CO2 K2O Na2O）：）：指在交代作用过程中，随着物理化学条件的不同，有指在交代作用过程中，随着物理化学条件的不同，有些组分会很快地溶解和扩散。它们在交代作用中常随些组分会很快地溶解和扩散。它们在交代作用中常随溶液迁出反应圈，而可以不直接生成反应物。溶液迁出反应圈，而可以不直接生成反应物。惰性组分惰性组分：指这些组分虽然在交代过程中也有所溶解和扩散，但指这些组分虽然在交代过程中也有所溶解和扩散，但是速度极慢，它们不易被带入岩石或带出岩石。所以是速度极慢，它们不易被带入岩石或带出岩石。所以它们在岩石中的总量，在交代前后将接近于保持不变，它们在岩石中的总量，在交代前后将接近于保
33、持不变，并并决定着交代形成的矿物的成分和类别决定着交代形成的矿物的成分和类别。因此因此开发体系开发体系的的实质实质是：是：对体系中的活动组分是开放对体系中的活动组分是开放的，而对惰性组分仍是封闭的的，而对惰性组分仍是封闭的。封闭体系封闭体系仅考虑温度和压力仅考虑温度和压力开放体系开放体系要同时考虑温度、压力、组分浓要同时考虑温度、压力、组分浓度。度。柯尔仁斯基相律：柯尔仁斯基相律：当温度、压力、活动组分浓度这些变量在一定当温度、压力、活动组分浓度这些变量在一定范围内能独立地改变而不引起体系平衡状态破范围内能独立地改变而不引起体系平衡状态破坏的话，该体系的自由度数必定等于或大于坏的话，该体系的自
34、由度数必定等于或大于2+Cm（活动组分数目）。即（活动组分数目）。即f2Cm，而，而C=Cm+Ci(惰性组分数目惰性组分数目)将该式代入相律公式，得：将该式代入相律公式，得：f=(Cm+Ci)-p（相数）（相数）+2 2+Cm得到得到Ci p（相数）（相数）含义：含义：在交代变质过程中，当温度、压力在交代变质过程中，当温度、压力和活动组分浓度在一定范围内独立和活动组分浓度在一定范围内独立改变的条件下，能以稳定平衡共存改变的条件下，能以稳定平衡共存于一个开放体系中的于一个开放体系中的矿物数矿物数等于或等于或小于小于惰性组分数惰性组分数。柯尔仁斯基将柯尔仁斯基将惰性组分惰性组分按其性质又进按其性质
35、又进一步划分为四类：一步划分为四类：（1）混入物组分混入物组分：如：如Rb2O Cs2O等，往往以类质同象混入物存在于其等，往往以类质同象混入物存在于其它矿物中。它矿物中。（2）次要组分次要组分：只能形成副矿物存：只能形成副矿物存在。如磷灰石、金红石、锆石等以副在。如磷灰石、金红石、锆石等以副矿物形式出现时，那么矿物形式出现时，那么P2O5 TiO2 ZrO2就作为次要组分。就作为次要组分。（3）过剩组分：）过剩组分：形成形成“过剩过剩”矿物而出现矿物而出现于所有矿物共生组合中。于所有矿物共生组合中。如硅质岩石中的如硅质岩石中的SiO2（形成石英）、钙质（形成石英）、钙质岩石中的岩石中的CaO
36、（形成方解石）。（形成方解石）。（4）有效惰性组分（反应组分）：）有效惰性组分（反应组分）：其数目其数目和含量对交代作用矿物组合的矿物数和成和含量对交代作用矿物组合的矿物数和成分起着决定作用。分起着决定作用。如如Al2O3 CaO FeO MgO等。由于等。由于Mg2+Fe2+可类质同象置换，有时可将可类质同象置换，有时可将MgO FeO作为（作为（Mg,Fe）O一个组分来一个组分来对待。对待。6.6.2 独立组分分析独立组分分析根据矿物相律，在一定的温压范围内，根据矿物相律，在一定的温压范围内，结晶岩中平衡共存的矿物相数结晶岩中平衡共存的矿物相数小于或小于或等于等于岩石的岩石的独立组分数独立
37、组分数。由于大多数常见的造岩矿物大都呈固由于大多数常见的造岩矿物大都呈固熔体，因此，熔体，因此，确定岩石中某一组分是确定岩石中某一组分是否为否为独立组分独立组分的惟一判据，就是看其的惟一判据，就是看其是否可以全部由岩石中的复杂固熔体是否可以全部由岩石中的复杂固熔体矿物所容纳矿物所容纳。SiO2：为为主要独立组分主要独立组分。相对于其它。相对于其它组分过剩时，形成石英族矿物。组分过剩时，形成石英族矿物。TiO2：常作为常作为铁镁矿物铁镁矿物，特别是碱性，特别是碱性铁镁矿物中的类质同象组分；与铁镁矿物中的类质同象组分；与FeO构成铁钛氧化物矿物（如钛铁矿、钛构成铁钛氧化物矿物（如钛铁矿、钛磁铁矿、
38、钛尖晶石等）；与磁铁矿、钛尖晶石等）；与CaO构成构成钙钛矿、榍石等。含量相对过剩时，钙钛矿、榍石等。含量相对过剩时，形成独立矿物锐钛矿、板钛矿、金红形成独立矿物锐钛矿、板钛矿、金红石等。石等。Al2O3 Cr2O3 Fe2O3：Al2O3主要作为主要作为SiO2的类质同象替代物形成各的类质同象替代物形成各种铝硅酸盐矿物种铝硅酸盐矿物。Al2O3 Cr2O3 Fe2O3呈类质同象替代，形成呈类质同象替代，形成尖晶石族、石榴石族尖晶石族、石榴石族矿物。矿物。在在辉石族辉石族矿物中，矿物中，Cr2O3主要呈主要呈Al2O3的类质的类质同象替代物。同象替代物。在在铁镁矿物铁镁矿物（特别是碱性辉石、碱
39、性闪石）中，（特别是碱性辉石、碱性闪石）中，Fe2O3主要呈主要呈Al2O3的类质同象替代物。的类质同象替代物。Al2O3当含量当含量相对过剩相对过剩时，形成时，形成刚玉，刚玉，Fe2O3 含量含量相对过剩相对过剩时，形成时，形成赤铁矿。赤铁矿。FeO MnO NiO MgO:常呈类质同象形成各种常呈类质同象形成各种镁铁矿物（橄榄石、辉石族、闪石族、云母族、镁铁矿物（橄榄石、辉石族、闪石族、云母族、石榴石族、尖晶石族）。石榴石族、尖晶石族）。CaO:在在超镁铁质岩石超镁铁质岩石中，主要作为中，主要作为MgO FeO的类质同象混入物形成辉石族矿物；在其它岩的类质同象混入物形成辉石族矿物；在其它岩
40、石中，主要与石中，主要与Na2O呈类质同象，形成呈类质同象，形成斜长石或斜长石或闪石族闪石族矿物；在矿物；在含量相对较高含量相对较高的的变质环境变质环境中，中，与与SiO2形成硅灰石形成硅灰石。Na2O：常与：常与CaO呈类质同象，形成呈类质同象，形成碱性辉石、碱性辉石、碱性闪石、斜长石和霞石碱性闪石、斜长石和霞石；或与；或与K2O呈类质同呈类质同象，形成象，形成碱性长石碱性长石、白榴石白榴石等。等。K2O:常与常与Na2O呈类质同象，形成呈类质同象，形成碱性碱性长石、钾霞石、白榴石等或云母族长石、钾霞石、白榴石等或云母族矿物。矿物。Li2O:主要形成主要形成透锂长石、锂云母、铁锂透锂长石、锂
41、云母、铁锂云母、锂辉石、锂电气石等。云母、锂辉石、锂电气石等。P2O5:常作为独立组分，形成常作为独立组分，形成磷灰石、磷灰石、磷铝石、独居石磷铝石、独居石等。等。H2O CO2:在地质过程中常以在地质过程中常以流体相流体相存存在，一般在，一般不作为不作为系统的系统的独立组分，独立组分，主要主要形成形成闪石族、云母族和碳酸盐类闪石族、云母族和碳酸盐类矿物。矿物。SO3 S:主要形成主要形成黝方石、蓝方石、硬石膏和黝方石、蓝方石、硬石膏和黄铁矿、磁黄铁矿黄铁矿、磁黄铁矿等。等。F Cl:主要参与主要参与闪石族、云母族、磷灰石、黄闪石族、云母族、磷灰石、黄晶、方柱石、方钠石、萤石、冰晶石、磷铝晶、
42、方柱石、方钠石、萤石、冰晶石、磷铝石和硅镁石族石和硅镁石族等矿物。等矿物。在确定独立组分时，应该认真考查各组分之在确定独立组分时，应该认真考查各组分之间的量比关系。间的量比关系。只有在某一类质同象组分过只有在某一类质同象组分过剩，以至于出现独立的富含该组分的矿物相剩，以至于出现独立的富含该组分的矿物相时，该组分才能作为独立组分时，该组分才能作为独立组分。因为因为只有独立组分之间的量比关系只有独立组分之间的量比关系，才对岩才对岩石中的矿物共生组合起着决定性的影响。石中的矿物共生组合起着决定性的影响。6.6.3 硅酸盐矿物共生分析举例硅酸盐矿物共生分析举例一、封闭体系矿物共生分析一、封闭体系矿物共
43、生分析挪威奥斯陆地区接触变质角岩存在挪威奥斯陆地区接触变质角岩存在10种不同种不同类型的矿物共生组合：类型的矿物共生组合：（1）And(红柱石红柱石)+Cord（堇青石）（堇青石）+Ab（钠长石）（钠长石）+Or（正长石）（正长石）+Q+Bi(2)And+Cord+Pl+Or+Q+Bi(3)Cord+Pl+Or+Q+Bi(4)Hy（紫苏辉石）（紫苏辉石）+Cord+Pl+Or+Q+Bi(5)Hy+Pl+Or+Q+Bi(6)Hy（紫苏辉石）（紫苏辉石）+Di+Pl+Or+Q+Bi(7)Di（透辉石）（透辉石）+Pl+Or+Q+Bi(8)Gros（钙铝榴石）（钙铝榴石）+Di+Pl+Or+Q(9)
44、Gros+Di+Or+Q(10)Gros+Di+Wo（硅灰石）（硅灰石）+Or+Q上述组合共有上述组合共有10种矿物种矿物And(红柱石)：Al2O3.SiO2Cord:2(Mg,Fe)O.2Al2O3.5SiO2Pl:Na2O.Al2O3.6SiO2-CaO.Al2O3.2SiO2Hy:(Mg,Fe)O.SiO2Di:CaO.(Mg,Fe)O.2SiO2Gros:3CaO.Al2O3.3SiO2Wo:CaO.SiO2Or:K2O.Al2O3.6SiO2Q:SiO2Bi:K2O.6(Mg,Fe)O.Al2O3.6SiO2.2H2O上述矿物化学组成中的上述矿物化学组成中的8种组分，加上种组分，加
45、上(1)-(7)矿物共生组合类型的化学分析中存在较高矿物共生组合类型的化学分析中存在较高含量的含量的Fe2O3组分，表明该体系中共有组分，表明该体系中共有9种组种组分：分：SiO2 Al2O3 MgO FeO Fe2O3 CaO Na2O K2O H2O。但是体系中共生矿物的最大数目是但是体系中共生矿物的最大数目是6，按照相，按照相律，在上述组分中只能有律，在上述组分中只能有6种为独立组分。种为独立组分。H2O不是独立组分不是独立组分Na2O在斜长石中作为在斜长石中作为CaO的类质同象混入的类质同象混入物存在，也不是独立组分。物存在，也不是独立组分。FeO MgO在暗色矿物中呈类质同象替代，合
46、在暗色矿物中呈类质同象替代，合并成（并成（Mg,Fe）O看待。看待。这样，独立组分只有这样，独立组分只有Al2O3 CaO (Mg,Fe)O SiO2 K2O Fe2O3等等6种。种。与该体系中共生矿物的最大数目与该体系中共生矿物的最大数目相一致。相一致。二、开放体系矿物共生分析二、开放体系矿物共生分析在自然界开放体系是普遍存在的。在自然界开放体系是普遍存在的。组分间相对活动性的序列，因具体环境不组分间相对活动性的序列，因具体环境不同也不尽相同，但一般规律是：同也不尽相同，但一般规律是：（1）H2O CO2永远是活动的；永远是活动的；（2）S SO2 Cl Na2O K2O在大多数交代在大多数
47、交代作用中为活动的；作用中为活动的；（3）CaO MgO FeO SiO2在强烈交代在强烈交代作用中为活动的；作用中为活动的；（4）P2O5 Al2O3 TiO2在一般交代作用在一般交代作用中都不活动。中都不活动。以前苏联外贝加尔太古界青金石以前苏联外贝加尔太古界青金石矿床交代岩为例：矿床交代岩为例：该地区变质片麻岩存在该地区变质片麻岩存在方解石方解石、白云石白云石、尖晶石尖晶石、霞石霞石、金云母、金云母和和镁橄榄石镁橄榄石6种矿物的共生组合。种矿物的共生组合。方解石：方解石：CaO.CO2白云石：白云石：MgO.CaO.2CO2尖晶石：尖晶石：MgO.Al2O3霞石：霞石：Na2O.Al2O
48、3.2SiO2金云母：金云母：K2O.6MgO.Al2O3.6SiO2.2H2O镁橄榄石：镁橄榄石：2MgO.SiO2H2O CO2为活动组分，这样剩下为活动组分，这样剩下6个组分，个组分，按照矿物相律，上述变质片麻岩存在的按照矿物相律，上述变质片麻岩存在的6种种矿物组合是矿物组合是Al2O3-SiO2-MgO-CaO-Na2O-K2O体系的稳定组合。体系的稳定组合。当变质片麻岩遭受交代变质作用而形当变质片麻岩遭受交代变质作用而形成交代岩时，原岩中成交代岩时，原岩中6种矿物构成的共种矿物构成的共生组合则被生组合则被4种矿物构成的共生组合所种矿物构成的共生组合所代替。而代替。而4种共生矿物相当于
49、片麻岩中种共生矿物相当于片麻岩中原为原为6种矿物中的任意种矿物中的任意4种，但它具有种，但它具有交代原岩矿物的特征。交代原岩矿物的特征。4种共生矿物中种共生矿物中有一种总是方解石。有一种总是方解石。按矿物相律，惰性组分应该只有按矿物相律，惰性组分应该只有4个。个。根据矿物的交代关系判断，在交代过程根据矿物的交代关系判断，在交代过程中中k2O Na2O变为活动组分，而变为活动组分，而Al2O3 SiO2 MgO CaO则属惰性组分则属惰性组分，它们，它们在交换过程中与外界无物质交换。在交换过程中与外界无物质交换。因此，因此，开放体系开放体系对对活动组分活动组分是是开放开放的，的，而对而对惰性组分惰性组分仍是仍是封闭封闭的。的。